Mais conteúdo relacionado 2. EXPERIÊNCIAS EM
CIÊNCIA DE MATERIAIS
E ENGENHARIA
Tariq A. Khraishi e Marwan S. AlHaik
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Publicado pela primeira vez nos Estados Unidos da América em 2011 pelos leitores da Universidade, Inc.
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ONTEÚDO
Prefácio vii
Capítulo 1
Segurança no laboratório 1
Capítulo 2
Redação De Relatórios Técnicos 3
Capítulo 3
Medições e Estatísticas
(Experimento / Lab 1) 7
Capítulo 4
Estrutura Cristalina
(Experimento / Lab 2) 23
Capítulo 5
Metalografia
(Experimento / Lab 3) 27
Capítulo 6
Medidas de dureza
(Experimento / Lab 4) 43
Capítulo 7
Metalurgia do Pó
(Experimento / Lab 5) 67
Capítulo 8
Tensãodeformação Comportamento
(Experimento / Lab 6) 73
Capítulo 9
Efeito de encruamento em Propriedades Mecânicas
(Experimento / Lab 7) 89
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5. Capítulo 10Papel teste de tensão Toalha
(Experimento / Lab 8) 93
Capítulo 11
Medidas de materiais Dureza
(Experimento / Lab 9) 97
Capítulo 12
Efeito do tratamento térmico nas propriedades mecânicas
(Experimento / Lab 10) 107
Capítulo 13
A temperatura dúctilaBrittle Transition
(Experimento / Lab 11) 113
Capítulo 14
O teste de NanoIndentation
(Experimento / Lab 12) 117
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P
REFÁCIO
T sua é a primeira edição de Experimentos em Ciência dos Materiais e Engenharia. A ideia central
por trás deste livro surgiu a partir da necessidade de consolidar procedimentos laboratoriais experimentais
e materiais em um único livro de autocontido e bem explicado. Uma outra razão era a
compartilhar algumas experiências incomuns, avançadas e novas que estudante de graduação de hoje pode ser
expostos e tirar proveito.
O livro é dividido em 14 capítulos, além das partes prefácio e dedicação. Os capítulos
entrar em detalhes suficientes sobre como executar as diferentes experiências neles contidos. este
envolve uma série de ilustrações, figuras e equações para melhor explicar o material. Vários desses
6. capítulos entrar em experiências comuns que podem ser encontrados em um materiais Ciência / Engenharia compreensão
graduar currículo ou em outros currículos de engenharia. Estas são coisas como metalografia, macro
testes de dureza, e ensaio à tracção dos materiais. Este novo livro, no entanto, discute experiências não
tipicamente visto em laboratórios de graduação (exemplos: metalurgia do pó, o efeito da tensão de endurecimento em
dureza do material, teste de tensão toalha de papel, e nanoindentação).
Embora muitas vezes as experiências ou laboratórios de ligar para a disponibilidade de certos equipamentos, ma
chines, e / ou aparelhos, vários deles são comumente encontrados em ciência e material de materiais
laboratórios de engenharia (incluindo laboratórios de ensaio e mecânico mecânicos) de todo o país e
ao redor do mundo. Portanto, não é difícil para substituir o seu equipamento com os apresentados
aqui, uma vez que os conceitos físicos por trás de tal equipamento não mudar para um determinado teste. Cada capítulo
contém um recurso chamado "Nota aos instrutores." Neste recurso e dentro de cada experimento writeup,
várias dicas e sugestões são fornecidos para substituir os equipamentos / máquinas / aparelhos expostos
com outros substitutos adequados.
Por fim, uma das características agradáveis sobre este livro é um recurso incluído em todos os capítulos, chamado
o "ToDo List". Este contém uma lista de pontos que irá orientar os alunos a escrever relatórios técnicos
documentando suas experiências após cada capítulo. Isto é muito útil para os instrutores, como ele salva
lhes o tempo e esforço necessários para chegar a itens específicos para os alunos a fazer após cada
experiência / laboratório. Também é útil para os alunos, uma vez que os faz lembrar dos pontos importantes a respeito
seus experimentos. Para este efeito, todo um capítulo neste livro é dedicado à escrita relatório técnico.
O capítulo sobre isto irá definir um padrão para os alunos a seguir como ele ensinalhes o formato típico
de um relatório técnico. É instrutivo para os professores para passar algum tempo indo ao longo deste capítulo para ajudá
os alunos a alcançar a uniformidade (para não mencionar clareza), nas suas alegações de relatórios de laboratório.
Esperamos que este livro vai beneficiar todos os interessados em experiências em ciência de materiais e
engenharia de materiais (incluindo engenharia mecânica).
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CAPÍTULO 1
LABORATÓRIO DE SEGURANÇA
T ele segue são um conjunto de regras de segurança que são comumente praticada em ciência de materiais e
laboratórios de engenharia:
1. Óculos de segurança / óculos de proteção devem ser usados em todos os laboratórios quando todas as experiências estão em execução (especialmente os i
volver substâncias químicas e voar / objetos em movimento). Vidros padrão ou média / máscaras de segurança são
adequada para a maioria dos procedimentos. No entanto pode ser necessário proteções laterais para algumas operações.
2. Luvas de borracha deve ser usado quando se trata de qualquer produto químico. Além disso, luvas classificadoforno deve ser usado
quando se lida com fornos.
3. facemasks Fume deve ser usado quando se lida com produtos químicos.
4. Identificar as áreas de lavagem de olhos e laboratório / edifício sai mais próxima de você desde o primeiro dia no laboratório.
5. Fichas de Segurança estão disponíveis no laboratório em caso de necessidade de revêlas.
6. sapatos Fechadotoe são necessários em todos os momentos no laboratório (ou seja, não há sandálias ou flipflops).
8. CAPÍTULO 2
TÉCNICO
RELATÓRIO DA ESCRITA
PONTOS GERAIS
• Suponha que o leitor tenha uma cópia do manual de laboratório, incluindo figuras.
• Se você sentir que é necessário incluir parte do manual ou de seus números, coloqueos em um apêndice (a menos que o seu
de inserção no texto é importante para os resultados).
• As figuras no apêndice, no entanto, não deve ser referenciado no corpo principal do relatório. Simplesmente estado
que mais detalhes estão no Apêndice A (ou B ou qualquer outro).
DETALHES
• O relatório deve ser detalhado em um grau que permita ao leitor para reconstruir e repita o experimento
mento, se assim o desejar.
• Relatórios, em geral, são autosuficientes e exigem muito pouco de leitura para fora conteúdo completo
compreensão.
Mais ponteiros
• Seja limpo e arrumado.
• Os relatórios devem ser digitados e verificado para erros ortográficos e gramaticais.
• A folha de rosto deve incluir:
O nome do experimento, o autor, a data do experimento
Outros membros do grupo, o título do curso, a secção de classe / laboratório e número do grupo
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ORGANIZAÇÃO, ETC.
• Claramente separar as diferentes secções, usando títulos apropriados, numerados de acordo com sua
aparição na página de conteúdo.
• O relatório deve ter uma página de conteúdo, com cada uma das seções numeradas e listadas pelo número da página.
• O corpo principal do relatório começa com o abstrato.
• Coloque o número da página (ou seja, 1) na parte inferior central, a meio da margem inferior do abstrato (primeiro
página). A página de título ea tabela de conteúdo da página não são numeradas.
• Os apêndices cada começar em uma nova página, numerado com uma letra maiúscula, um traço e um número árabe
(isto é, A1, B3, etc.).
• Todas as figuras, incluindo gráficos, devem ser rotulados com um Figura # e uma legenda.
• Todas as figuras e tabelas devem ser referenciados no corpo do relatório.
• Não submeter colado, gravada, ou figuras grampeado sobre o relatório final. Se necessário, fotocópia da página inteira.
Melhor ainda, fazer uma imagem digitalizada da figura e inserir no texto. Reconheça a fonte de tal
dados.
9. 4 Experimentos em Materials Science and Engineering
LANGUAGE POINTERS
• Evitar sempre usando a primeira e segunda pessoa (eu, nós, você, etc.). A terceira pessoa é apropriado. Para
exemplo, em vez de "Testamos aço em tensão uniaxial," dizer "Aço foi testado em tensão uniaxial."
• Use o verbo no passado em todos os momentos, a menos que ele é realmente estranho. O tempo presente é aceitável para fatos que são
geralmente verdadeiro.
• Por exemplo, é conveniente que dizer "de aço é amplamente usada em aplicações estruturais porque é tanto
. "Mas quando se discute os resultados, você deve usar pretérito:" forte e dúctil do aço testado foi encontrado
ser forte e dúctil. "
RELATÓRIO DE CONTEÚDO
• Resumo
• 1.0 Introdução
• 2.0 Aparelho Experimental e Métodos
• 3.0 Resultados
• Discussão 4.0
• 5.0 Conclusões
• 6.0 ToDo List
• Referências
• Apêndices
RESUMO
• Resumir o que foi feito eo que foi encontrado em um experimento.
• O resumo deve ser breve, muitas vezes apenas um parágrafo, mas deve destacar todas as informações relevantes.
• Seu título é centrado na parte superior da primeira página
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INTRODUÇÃO
• Qualquer equação geralmente aceitos ou fato que é usado na seção de discussão para explicar seus resultados.
• Resuma os pressupostos teóricos importantes e apresentar as equações que governam com alguma explicação
nação das suas origens (uma derivação pode ser apropriado em alguns casos).
• Teoremas que são fundamentais para o objectivo da experiência ou para a avaliação final dos dados.
• Apresente estes teoremas em suas formas matemáticas e definir todos os símbolos utilizados.
• Todas as equações devem ser escritas em uma linha própria com um número de equação como é feito todo
este manual.
• Às vezes, é habitual incluir uma seção de nomenclatura antes da introdução.
A seguir está uma lista de não incluir nos Introdução:
• Os detalhes da experiência.
• Teoria ou equação que não é utilizado na secção Discussão.
• O manual de laboratório.
• Parafraseando do manual laboratório também não é aceitável.
APARELHOS E MÉTODOS EXPERIMENTAL
• Concentrese no que realmente foi realizada durante o experimento.
• Observe Resumidamente os detalhes importantes da física setup do experimento eo procedimento experimental
que foi seguido.
• Descreva quaisquer detalhes particularmente importantes, tais como como e em que condições os dados foram coletados.
• Especialmente notar quaisquer alterações ou ajustes que eram necessários para a conclusão satisfatória do
experimentar.
• Geralmente, as poucas palavras, o melhor.
• Não dê os detalhes passoapasso.
RESULTADOS
• Sob a forma de gráficos ou tabelas.
• Todos os gráficos e tabelas devem ser explicados, mas não discutiu.
• afirmar simplesmente o que os gráficos e tabelas são e deixar as deduções e relação à teoria da
Seção de discussão.
• Todos os trabalhos devem ter unidades. É melhor colocar as unidades na coluna onde o resultado é identificado.
10. Redação De Relatórios Técnicos5
• Todos os trabalhos devem ter unidades. É melhor colocar as unidades na coluna onde o resultado é identificado.
• Tabelas e gráficos devem ser rotulados, numerado, e dado um título.
DISCUSSÃO
• Totalmente discutir os resultados à luz dos antecedentes e teoria discutida no
introdução.
São os seus resultados que você esperava?
Eles são consistentes com o que foi discutido na Introdução?
Comparar os dados para toda a teoria discutido na Introdução
Nenhuma nova teoria deve ser introduzido na seção de discussão
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6 Experimentos em Materials Science and Engineering
• Explicar:
Quaisquer resultados bons ou maus
Quaisquer pontos fortes e fracos dos procedimentos experimentais e computacionais
Objectivo geral do laboratório e sugestões a respeito de possíveis aplicações dos resultados ou mais
investigações
• Dê Cálculos de exemplo para os dados nas tabelas
• Estes são os seus comentários individuais e deve refletir quaisquer pensamentos originais ou resultados adicionais que
foram obtidos
• Não responder as perguntas nos manuais de laboratório como parte da discussão. Eles devem ser respondidas em
sua própria seção, após as conclusões
• Tenha em mente que as perguntas no manual de laboratório geralmente não representam uma discussão completa do seu
dados
• Erro analisa:
Quaisquer explicações para o erro e sugestões para diminuir o erro deve ser discutido na
Seção de discussão
Os cálculos pormenorizados da análise de erro não necessita de ser discutida no corpo principal do relatório
mas em vez disso pertencem a um apêndice separado
• Se existem muito poucos resultados ou uma série de resultados que é adequado para combinar os Resultados e Discussão
seções em uma secção intitulada Resultados e Discussão.
• Em seguida, você pode apresentar seus dados, estado que foi equação de cálculo, e comparálo com a teoria
tudo em uma seção.
CONCLUSÕES
• Um breve resumo dos resultados importantes e uma breve ênfase dos pontos importantes da discussão.
• Não há novas informações ou idéias.
• Resuma o que você encontrou e que conclusões você tirou dele.
• Estas conclusões já deveria ter sido discutido na seção de discussão para que apenas indicálas aqui.
Referências
• A literatura, a que se fez referência direta no relatório, deve ser colocado aqui.
• Parafraseando e citações diretas são para ser notado pelos números levantados ou números entre colchetes no
relatório. Outro estilo comum para referência inclui a utilização do primeiro autor (também chamado o chumbo
autor) último nome seguido do ano de publicação da referência. Tal modelo de referência pode ser utilizada
em vez do sistema de numeração mas ambos não podem ser utilizados em conjunto.
• Para o sistema de numeração, a colocação das referências literárias devem estar na ordem seqüencial de sua
aparecimento no corpo do relatório. Por outro sistema que utiliza o último nome, as referências devem ser
listado (ou seja, classificado) por ordem alfabética.
Nota aos instrutores: Você pode aumentar ou editar as guias acima ou ponteiros em qualquer forma que seja mais
adequado para sua situação laboratório / classe. É também importante para determinar os estudantes para frente que
estilo de referência é para ser utilizado nos seus relatórios.
13. Medições e Estatísticas 9
Vernier pinças como o valor real ou verdadeiro. Veja a definição do "verdadeiro cento erro relativo" abaixo.
Também medir a massa / peso de cada espécime e encontrar a partir dele a ρ densidade de cada amostra.
Cada aluno deve registrar individualmente todas as medições. Também o "dizer" eo "padrão
desvio "deve ser calculado (veja suas definições abaixo). Uma vez que estes são calculados de verificação e ver se
95% dos valores medidos são abrangidos valor médio ± 2 S
y
(S
y
sendo o desvio padrão). Então escreva
o relatório de um laboratório indicando os resultados.
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10 Experimentos em Materials Science and Engineering
Usando uma régua:
Figura 5. Uma régua (em polegadas)
Figura 6. Uma opinião do close up de uma régua
• A régua é um dispositivo analógico ou um aparelho analógico (não um digital), ainda que simples, que as medidas
as dimensões de um objecto.
• As Figuras 5 e 6 mostram imagens de uma régua que mede dimensões em polegadas.
• Cada polegada, marcados na régua, está dividida em 16 divisões marcadas em um lado do governante. No outro
lado, e para este exemplo particular, cada polegada está dividido em 8 divisões marcados. Por isso, neste particular,
governante tem duas escalas sobre ele.
• Neste exemplo e utilizando a escala inferior na Figura 6, vamos assumir que a dimensão de um objecto (por exemplo,
comprimento) medidas, a partir do final do governante (a partir de zero), toda uma polegada e cinco e "alguns" divi
sões. Vamos supor que o "alguns" aqui, o que representa uma fracção de uma divisão, é de cerca de metade de uma divisão
(0,5 ou de uma divisão) ou estimado como visto pelo olho.
• No exemplo acima, a dimensão do objecto reduz a um problema de adição:
1 em
+ 5 × 1/16 pol (= 0,3125 em)
+ (1/2) x (1/16) em (= 0,03125 em)
1,34375 em
g
14. Page 18
Medições e Estatísticas 11
• Nota no exemplo numérico acima que a primeira linha de adição (isto é, a 1 em) foi determinada quantidade ou
sabe ao certo. O mesmo aplicase para a segunda linha de adição (isto é, à 0,3125 in). Portanto, há
são quatro dígitos após o ponto (na medida em 1,3125) que são algarismos significativos (isto é, a sua inclusão
é importante e significativo).
• A terceira linha, no entanto, foi uma estimativa ainda que uma boa estimativa (feito com a nossa própria ferramenta de medição analógica:
o olho). Incluindo a última linha no processo de adição produz um quinto dígito depois do ponto em 1,34375 e
na verdade, altera os três últimos dígitos do número original 1,3125.
• Em outras palavras, os últimos quatro dígitos (a partir da direita) na medição 1,34375 não está certo. A partir da
Do ponto de vista de escrever números decimais, podese, em vez escrever esta medida como 1,34 polegadas
(em vez de 1,34375 em). O segundo dígito em 1,34 depois do ponto (ou seja, o "4") também é denominado um significativo
dígitos, embora a sua quantificação exata é incerta. Embora a sua quantificação exacta vai depender de quem
fez o eyeballing, a maioria das pessoas irá estimar a fração de ser 0,5 de 1/16 de polegada levando a
os "4" no segundo dígito depois do ponto para a medição 1,34 dimensão aqui.
• Portanto, neste problema, existem três dígitos significativos na medida em 1,34 e especificamente
dois dígitos significativos após o ponto. Tentando descobrir o que vem após o dígito "4" aqui é extrema
especulação e não tem nenhum significado usando esta ferramenta de medição. De facto, a adição de qualquer outro dígito após o "4"
faria com que esse dígito a ser chamado de um dígito "insignificante", pois isso equivaleria a uma estimativa
processo sobre um processo já estimado que envolve o segundo dígito depois do ponto.
• Em conclusão, portanto, o número de dígitos significativos depois do ponto são regidos pelo último dígito que pode
ser razoavelmente estimado.
• Embora o exemplo acima tratadas polegadas (que fazem parte do costumeiro US Units), é igualmente
aplicável às unidades SI (por exemplo, metros / m, de centímetro / cm ou milímetros / mm).
• A Figura 7 mostra um outro exemplo rápido que ilustra "dígitos significativos." Suponha que a escala apresentada no
número está em cm. Se alguém quiser determinar onde a seta nos pontos a figura, pode ser razoavelmente
Estimase que a seta aponta para 2,82 ou 2,83 (note que cada centímetro é dividido em dez divisões com cada
divisão representam 0,1 cm). Qualquer uma destas respostas seria apropriado e ambos contêm dois
dígitos significativos após o ponto. Por outro lado, não se pode dizer que a seta aponta para 2.825, para
exemplo. Uma vez que o "2" após o ponto é incerta, ou seja, tem algum erro associado com ela, a "5", após o
"2" tem ainda mais a incerteza de erro ou a ele associado e, portanto, não é significativo e um dígito
não deve ser escrito em comunicações técnicas formais.
Figura medição 7. Dimensão com dígitos significativos
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Usando um Vernier Caliper:
g p
15. 12 Experimentos em Materials Science and Engineering
Figura 9. Uma opinião do close up de uma craveira
Figura 8. Vernier caliper
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• A craveira é uma ferramenta ou um aparelho / equipamento que é usado para medir dimensões. Ele pode ser usado para
medir o diâmetro externo, diâmetros internos, comprimentos e profundidades. Ele vem em formas analógico ou digital,
Embora a versão analógica é o mais comum uma vez que é menos dispendioso. Sua precisão é tipicamente 0,02 mm
ou 0,001 em (ou seja, 0,001 "). Alguns paquímetros pode ter uma precisão ainda maior (por exemplo, 0,0005 "). Isto é,
portanto, considerado um instrumento de medição precisa.
• Feche as mandíbulas levemente sobre o objeto a ser medido.
• Se você estiver medindo um objeto com uma seção transversal redonda, certifiquese de que o eixo do objeto é perpendi
cular para as mandíbulas da pinça. Isso é necessário para garantir que você está medindo o diâmetro completo e não
apenas um acorde.
• pinças típicas Vernier ter duas escalas gravado ou impresso sobre eles. Uma delas é em polegadas (US Consuetudinário
unidades) e um está em centímetros (unidades métricas).
• Há também uma escala fixa e uma escala para cada um desses sistemas de unidades.
• Para ilustrar a utilização de uma craveira de medida em dimensão, considere a Figura 9. Nesta figura, nós
vão se concentrar na escala inferior (métrica em centímetros e frações de um centímetro, ou seja, mm).
• Na Figura 9, a escala fixa é lido como um governante é lido. Neste caso, a abertura das maxilas da pinça em torno do
dimensão pontos do objeto para uma medição de 1,3 cm (1 cm + 3 × 0,1 centímetros) uma vez que há todo um centímetro
e 3 divisões não marcados (cada divisão que representa um décimo de um centímetro) na escala fixa. A seta para
a leitura 1,3 centímetros é indicado ou apontado pelo 0 na escala de deslizamento.
• A escala móvel subdivide ainda mais as divisões não marcados na escala fixa. Isto é onde a superioridade
dade da craveira encontrase sobre uma régua. Este é um recurso que não está presente no governantes regulares. Em normal
governantes seria preciso estimar um terceiro dígito (um segundo dígito depois do ponto) neste momento para terminar a
medição. Com a craveira, a medição não é ainda por cima, para este exemplo.
• No exemplo da pinça mostrado acima, a escala móvel subdivide cada 0,1 cm na escala fixa a dez
divisões acentuadas (cada um no valor de um décimo de 0,1 cm ou 0,01 cm) na escala de deslizamento. Além disso, cada
número marcado na escala móvel é subdividido em cinco divisões não marcados. Em outras palavras, cada
divisão não marcado na escala móvel vale a pena (1/5) × 0,01 cm = 0,002 cm = 0,02 mm.
• O próximo passo na medição é olhar para os traços da escala de deslizamento e determinar (pelo
16. Medições e Estatísticas 13
olho), onde um deles exatamente alinhado com uma marca de verificação na escala fixa.
• No exemplo acima, o terceiro carrapato após o número 4 na escala deslizante parece ser a de interesse.
• O número 4 na escala de deslizamento vale 4 × 0,01 centímetros (= 0,04 cm) no sentido da medição. Os três
carrapatos após a 4 na escala de deslizamento valem 3 × 0,002 centímetros (cm) = 0,006 para a medição.
• Daí a nossa medida reduz para baixo para um problema de adição:
1 cm
+ 0,3 cm
+ 0.04 cm
+ 0,006 cm
1.346 cm
• Observe que, neste problema, e usando este particular craveira, não só pode existir três significativa
dígitos depois do ponto. O terceiro ou último dígito é obtida pela estimativa razoável de onde um carrapato na
escala móvel encontra um carrapato na escala fixa. Uma vez que esta é uma técnica que envolve eyeballing erro, ainda que
uma técnica razoável, não ainda uma estimativa de dígitos pode ser significativo para além deste dígito. Assim, este
problema é limitado a três dígitos significativos após o ponto.
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• Em raras ocasiões em que a leitura só acontece de ser um número "bom" como 4 cm, não se esqueça de
incluem os locais de zero decimais mostrando a precisão da medida e do erro de leitura. Assim não
4 cm, mas, em vez 4.000 cm.
• O mesmo método é usado para unidades inglesas.
Usando um micrômetro:
Figura 10. Um micrómetro
Figura 11. Uma opinião do close up de um micrômetro
